Hochfrequenzmesstechnik (HFM)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Microwave Measurements)
(Prüfungsordnungsmodul: Wahlmodulbereich aus der FAU)

Lectures:

• • Hochfrequenzmesstechnik
    (Vorlesung mit Übung, 4 SWS, Jan Schür et al., Tue, 14:15 - 17:15, HF-Technik: SR 5.14, HF-Technik 6.30)

Die allgemeine Modulbeschreibung des Prüfungsordnungsmoduls Wahlmodulbereich aus der FAU finden Sie hier.

Empfohlene Voraussetzungen:

It is recommended to finish the following modules before starting this module:

HF-Schaltungen und Systeme (SS 2017)

Inhalt:

Die Messtechnik hat für Tätigkeit des Ingenieurs eine ganz besondere Bedeutung. Sie dient der Verifikation von Praxis und Theorie bei der Entwicklung neuer Geräte und der Einhaltung technischer Parameter während der Fertigung der Geräte. Es ist nicht übertrieben, wenn man behauptet, dass der Ingenieur in der Entwicklung und bei der Fertigung mehr als die Hälfte seiner Tätigkeit mit messtechnischen Problemen kämpft.

Im Hochfrequenzbereich wirken alle elektrodynamischen Erscheinungen. Aus diesem Grund unterscheidet sich die Hochfrequenzmesstechnik grundlegend von der Messtechnik im Gleich- und Wechselspannungsbreich. Insbesondere sind die geometrischen Abmessungen der Schaltungen und Bauteile in der Größenordnung oder sogar sehr viel größer als die Wellenlänge. Schaltkapazitäten und -induktivitäten spielen eine entscheidende Rolle in der Verbindungstechnik, wenn man bedenkt, dass bei einer Frequenz von f = 5 GHz ein Kondensator mit 1 pF den kapazitiven Widerstand von ca. 32 Ohm und eine Spule mit 1 nH den induktiven Widerstand von ca. 32 Ohm hat. Skineffekt, Laufzeiten, Verkopplung und Abstrahlung, wellenwiderstandsrichtige Anpassung sind nur einige wichtige Probleme, die der Hochfrequenzingenieur beherrschen und messtechnisch erfassen muss. Heute sind drahtlose Kommunikation und Datenaustausch im Hochfrequenzbereich wesentliche Bestandteile unseres technischen Umfeldes. Der Ingenieur muss messtechnisch nachweisen, das sein Gerät keine anderen Geräte stört bzw. durch diese nicht gestört werden kann. Ohne Bestehen dieser Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit gibt es keine Zulassung und damit keine Fertigungserlaubnis.

Die Vorlesung beginnt mit der Vorstellung des internationalen Einheitensystems (SI), dessen Bedeutung für den internationalen Warenverkehr sowie der Darstellung der SI-Einheiten in den nationalen Standardbüros. Am Beispiel der leitungsgebundenen Verbindungstechnik mit ihren unterschiedlichen Steckern zeigen sich die Besonderheiten im Hochfrequenz-bereich. Danach wird die Erzeugung hochfrequenter Signale mit geeigneten Signalgeneratoren besprochen. Ohne sie wäre eine Hochfrequenzmesstechnik nicht möglich. In den Hauptpunkten werden die Leistungsmessung, die Frequenzmessung und Spektrometrie, die n-Tor Beschreibung mit der Streumatrix S und die mit den X-Parametern sowie die Verfahren zur Messung der komplexen Reflexions- und Transmissionsfaktoren, die Resonatormesstechnik, die Messungen an Antennen, die Messung der Rauscheigenschaften von Verstärkern und die Messung der Materialparameter vorgestellt, analysiert und mögliche Messfehler aufgezeigt. Je nach Zweckmäßigkeit werden für die Darstellung der Messgröße sowohl der Frequenz- als auch der Zeitbereich genutzt und gegenseitige Umrechnungen angegeben. Neben dem Ziel einer effektiven Labormesstechnik wird immer versucht, die Messgrößen durch Verfahren über die Basiseinheiten des SI-Systems zu bestimmen. Gleichfalls wird gezeigt, wie durch Rechnersteuerung der Geräte, des Messvorgangs und der Auswertung auch anspruchsvolle Messaufgaben in einer zumutbaren Messzeit mit geringem Messfehler lösbar sind.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• verstehen Definitionen der Messtechnik sowie des SI-Einheitensystems und können diese auf hochfrequenztechnische Messungen anwenden.

• verstehen die Funktionsweise wichtiger Messgeräte zur Leistungs-, Frequenz-, und Spektrenmessung, zur Messung von S- und X-Parametern sowie von Rauschen und Materialparametern und können diese Geräte anwenden.

• können HF-Messaufgaben analysieren und geeignete Messmethoden anwenden.

• können ingenieruswissenschaftliche Probleme der HF-Messtechnik selbstständig lösen.
  

Literatur:

Schiek, B.: Grundlagen der Hochfrequenz-Messtechnik, Springer-Verlag, Berlin, 1999
Thumm, M., Wiesbeck, W., Kern, S.: Hochfrequenzmeßtechnik. B.G. Teubner, Stuttgart, 1997

Organisatorisches:

Zur Info: Aushang zum WS 15/16

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015s | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Master of Science) | Masterprüfung | Wahlmodulbereich aus der FAU)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Hochfrequenzmesstechnik (Prüfungsnummer: 145947)

(englischer Titel: Microwave Measurements)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2017/2018, 1. Wdh.: SS 2018

1. Prüfer:

Jan Schür,

2. Prüfer:

Siegfried Martius